执行期语义学——new与delete运算符

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前言

 

new operator看起来似乎是一个单一运算，例如：

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int *pi = new int(5);

但实际上它由以下两个步骤组成：

  1. 通过适当的new运算符函数实体，配置所有所需内存：
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    int *pi = _new(sizeof(int));
  2. 给配置得来的对象设立初值：
    *pi = 5;

当然，初始化操作应当在内存配置成功后才执行：

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//重写声明
int *pi;
if(pi = _new(sizeof(int))) *pi=5;

delete运算符性质类似，只是在使用前会判断一下参数是否为nullptr，并且需要注意的是，在执行完delete后，p并不会被置为nullptr。

如果我们new或delete的是一个具备constructor或destructor的object，那么在执行new或delete时会触发对应的函数调用(其实一直说到这都是描述new operator与operator new）。

new运算符的小机巧

 
new操作符的实现一般均很直截了当，但有两个精巧之处值得斟酌：

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extern void*
operator new(size_t size){
    if(size==0) size = 1;
    void *last_alloc;
    while(!(last_alloc = malloc(size)){
        if(!_new_handler) (*_new_handler)();
        else return nullptr;
    }
    return last_alloc;
}

虽然new T[0]从语法层胶墩来说合法，但语言要求每一次对new的调用都必须传回一个独一无二的指针，这也就是每一次当size为0都将其置1的原因。此外，new允许开发者提供自己的_new_handler()函数，这也就是循环调用的原因。

实际上，new运算符总是以标准的C malloc()完成，虽然这并不是强制要求。类似地，delete也总是以标准的C free()完成：

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extern void 
operator delete(void *ptr){
    if(ptr) free((char*)ptr);
}

针对数组的new与delete语意

 
当我们写下

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int* p_array = new int[5];

时，vec_new并不会真正被调用，因为其主要功能是把default constructor施行于class objects所组成的数组的每一个元素身上，倒是new运算符函数会被调用：
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int* p_array = (int*)_new(5*sizeof(int));

对于strcut这种Plain OI’s Data，其执行类似于内置类型，因为其不具备constructor与destructor。new与delete运算符只需要获取或释放内存即可，vec_new()也不会被调用。

但如果class定义有一个default constructor，那么某些版本的vec_new()将会被调用，举例而言：

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Point3d *p_array = new Point3d[10];
//编译结果
Point3d* p_array;
p_array = vec_new(0,sizeof(Point3d),10,&Point3d::Point3d(),&Point3d::~Point3d());

需要注意的是，只有已经构造完毕的object才可以经过destructor处理，在发生异常时，vec_new释放所有资源。

在很久之前，delete对象数组时必须要指定数组长度delete[10] p_array，当然现在不需要了,不过这种写法依然有效。有人会产生疑问，delete[]是如何了解当前所需要析构的元素数目？答案是vec_new所传回的内存区块内有一个word记录了数组长度。另外需要记住的是，在数组中使用多态性是非常不恰当的行为，我们在任何情况下都应当避免当一个base class 指针或引用指向derived class object组成的数组。

Placement Operator new的语意

 
new操作符可以重载，其最常见的一种形态我们称为placement operator new，它需要第二个参数，用来指定分配内存的位置：

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void* operator new(size_t,void* p){
    return p;
}

有人认为如果其作用只是传回第二参数，那它的实际意义何在？事实上，placement operator new还负责调用constructor自动实施于所指地址：
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Point2w *ptw = (Point2w*) arena;
if(ptw!=0) ptw->Point2w::Point2w();

然而存在一些小问题：假若当前我们需要被构造的内存段已经存在了一个object，而这个object拥有一个destructor。在我们执行placement operator new时，该destructor并不会被调用，可能会有人想到使用delete从而触发destructor，然而这也释放掉了这一块内存，并不可，。较好的做法是直接在地址上执行destructor（在后来的C++ standrad中出现了placement perator delete，它可以析构且不释放内存）。